1 и 2 сентября 1859 года небо осветилось так, как никогда раньше. Такого человечество еще не видело. Полярные сияния - обычное явление полярных широт - распространились на юг до Колумбии и на север до Австралии. Компасы вышли из строя, а телеграфные сети по всему северному полушарию работали без батареек. Этот эпизод попал в заголовки газет по всему миру, но что же произошло?
Солнце.
Сегодня он известен как событие Каррингтона, и это один из крупнейших солнечных взрывов, которые когда-либо видело человечество. Гигантский термоядерный реактор, Солнце, бомбардирует солнечную систему безостановочным потоком заряженных частиц, называемых солнечным ветром, которые освещают небо на полюсах полярными сияниями. Это обычное дело. Но Солнце также может "взбеситься", что выражается в солнечных вспышках или выбросах корональной массы (CME), оказывающих огромное влияние на Землю и наши технологии. Событие Каррингтона было одним из таких припадков, и чтобы понять эту солнечную бурю, нужно понимать Солнце, Землю и то, как они взаимодействуют.
Времена года на Солнце
Ближайшая к Земле звезда, Солнце, классифицируется астрономами как звезда главной последовательности G-типа, или желтый карлик. Другими словами, наше солнце - коротышка средних лет. Но если вы думаете, что это скучно, читайте дальше!
Солнце составляет около 99,8% всего вещества в нашей Солнечной системе и каждую секунду преобразует четыре миллиона тонн этого вещества в энергию. Эта энергия выделяется в объеме около 276 ватт на квадратный метр (астрономический метр).
Вспышка на Солнце.
На Солнце тоже есть "погода", и событие Каррингтона неразрывно с ней связано. Солнце переживает 11-летний цикл активности - солнечный максимум, за которым следуют спад и солнечный минимум. И Солнце в настоящее время находится на подъеме; следующий солнечный максимум ожидается в 2024 году. Максимумы отмечаются повышенным появлением солнечных пятен - темных областей на поверхности Солнца, которые прохладнее, чем их окружение, но более магнитные. Эти темные пятна порождают всевозможные коннотации, от протуберанцев (плазменных арок, соединяющих отдельные солнечные пятна) до солнечных вспышек и выбросов корональной массы.
Однако, поскольку эти события редко затрагивают Землю, они не попадают в заголовки газет. Это может навести на мысль, что такое случается нечасто. Но на самом деле это нормальное поведение нашей звезды.
Что такое выброс корональной массы (CME)
В популярной прессе термины "солнечная вспышка" и "выброс корональной массы" иногда используются как синонимы, но это два разных явления. Солнечная вспышка - это выброс электромагнитной энергии (видимого света, рентгеновских лучей и т. д.) из Солнца, а CME - это выброс частиц из солнечной короны.
И то, и другое связано с одним и тем же событием - когда линии магнитного поля в нижней части солнечной короны скручиваются, разрываются, а затем снова соединяются. Результатом является сильная вспышка, которая может быть либо солнечной вспышкой, либо CME, либо и тем, и другим. CME со скоростью от 250 до 3000 км в секунду может достичь Земли всего за 15 часов. Распространяясь во всех направлениях, к моменту своего прибытия CME может покрывать расстояние около 37 417 000 км.
CME со взрывом выбрасывает миллиарды тонн заряженных протонов и электронов в солнечную систему. Более того, это облако частиц несет в себе магнитное поле, и это имеет решающее значение. Если бы магнитные поля частиц были выровнены с магнитосферой Земли, это было бы похоже на одинаковые "полюса" двух магнитов, отталкивающихся друг от друга, и даже самый мощный CME отскочил бы от магнитосферы. Но когда CME и Земля магнитно противоположны, это похоже на два магнита, соединяющихся вместе. И именно это произошло в 1859 году.
Музыка солнца
Благодаря железо-никелевому ядру наша планета генерирует мощное магнитное "силовое поле" - магнитосферу, которая экранирует большую часть того, что обычно излучает Солнце, например солнечный ветер. Гораздо более слабый, чем CME, солнечный ветер представляет собой мешанину частиц, постоянно вылетающих из короны Солнца. Когда он ударяется о магнитосферу Земли, большая его часть отскакивает, как вода от камня. На самом деле смертоносный для человека солнечный ветер имеет свои преимущества, действуя как защита от космических лучей - частиц высокой энергии из-за пределов Солнечной системы, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, которые разрывают ДНК на куски.
Но Земля отталкивает не все солнечные частицы. Некоторые попадают в саму магнитосферу, двигаясь по магнитным линиям к полюсам планеты и врезаясь в верхние слои атмосферы. Эти частицы передают свою энергию молекулам кислорода и азота, которые затем загораются, образуя полярное сияние.
Однако во время события Каррингтона все пошло немного по-другому.
Когда взойдет Солнце
1 сентября 1859 года Ричард Каррингтон был всего лишь одним из нескольких астрономов-любителей, наблюдавших в августе очень активную солнечную поверхность. Были зарегистрированы многочисленные солнечные пятна, и именно Каррингтон первым заметил мощную солнечную вспышку, которая стала предвестником еще большего выброса корональной массы. Всего за 17,6 часа CME преодолел расстояние почти в 150 миллионов километров между Солнцем и Землей, спровоцировав событие Каррингтона.
В отличие от землетрясений перед извержением вулкана или приливов перед цунами, никакого предупреждения о грядущем не было. К счастью, в 1859 году было очень мало отраслей промышленности, которые могли пострадать от события Каррингтона. Тем не менее для этим "немногим", должно быть, казалось, что весь мир вышел из-под контроля. Компасы внезапно резко повернули в северном направлении, сделав навигацию на корабле невозможной. Произошло короткое замыкание телеграфного оборудования или сначала скачок электрического тока, а затем короткое замыкание (через проводное соединение). Инженеры, следящие за линиями электропередач, видели искры, выбрасываемые со столбов. Это продолжалось в течение двух дней.
Сейчас ученые знают, что событие Кэррингтона было настолько мощным, что вызвало в магнитосфере Земли магнитную бурю. Оно имело мощность 10 миллиардов атомных бомб.
Во всем виновато Солнце
Так как же выброс звезды на расстоянии 150 миллионов километров смог поджечь телеграфные провода и поразить операторов электрическим током, если магнитосфера и атмосфера Земли действуют как экраны? Самый короткий ответ: событие Каррингтона было слишком мощным и целенаправленным.
Земля оказалась не в том месте и не в то время и подверглась удару того, что называется «идеальной солнечной бурей». Хотя магнитосфера и атмосфера действительно отразила большую часть смертоносного солнечного излучения события Каррингтона, к полюсам устремилось так много частиц, что планета приобрела электрический заряд. Системы, уже использующие электричество, «поглотили» этот заряд и столкнулись с огромной перегрузкой по мощности. Провода расплавились, телеграфы сгорели (воспламенилась тикерная лента), и любой, кто оказался бы рядом с ними, испытал бы неприятный шок. Окружающего полярного тока было так много, что телеграфисты, отключившие свои батареи, продолжали работать в обычном режиме. По сути, электрические технологии работали на энергии, разлитой в воздухе.
Это явление иногда может происходить — линии электропередач могут "выбросить" в ближайшую область так много энергии, что люминесцентные лампы будут гореть сами по себе, не будучи подключенными к источнику питания.
Реакция на событие Каррингтона
Поскольку тогда мировая электросеть была намного меньше, чем сейчас, пресса была сосредоточена не столько на ущербе, нанесенном событием Каррингтона, сколько на красоте, которую оно создало полярными сияниями в местах, которые никогда не видели такого светового шоу.
Эти полярные сияния были настолько яркими, что люди на северо-востоке США (где в то время была ночь) могли читать газеты. Газета Baltimore American and Commercial Advertiser сообщила, что ее читатели были свидетелями «великолепия полярных сияний ... Этот свет, казалось, покрыл весь небосвод, как светящееся облако, хотя на нем сияли звезды большей величины, чем обычно. Свет был ярче, чем от полной луны ... "
Эффекты не ограничивались северным полушарием: в Австралии «представилась сцена почти невыразимой красоты, с южной стороны неба исходили огни всех мыслимых цветов, один цвет исчезал только для того, чтобы уступить место другому, возможно, еще более красивому, чем предыдущий ... "
